| Project/Area Number |
23K13837
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
野村 優貴 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (60970126)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 全固体電池 / リチウム / 透過電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光法 / オペランド計測 / 固体電解質 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，高い空間分解能で動作中のデバイスを解析できるオペランド透過電子顕微鏡技術を用いて，電極と固体電解質の界面を電子線ダメージレスでオペランド観察する低ドーズオペランド透過電子顕微鏡法を開発する．本手法は，Li伝導抵抗の起源を視覚的に解明し，詳細な現象理解に裏打ちされた材料開発を可能とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
電解液を固体電解質に置き換えた全固体Li電池は、エネルギー密度・出力密度・安全性を向上できる可能性を有するが、電池内部のLi伝導抵抗が高さが課題である。抵抗が低い電池を実現するには、電池内部の抵抗要因を解明し、材料開発に反映する必要がある。しかしながら、電池材料の一部が電子線に脆弱であるため、抵抗の主要因である電極と固体電解質およびその界面を、ナノメートルオーダーの空間分解能で詳細に分析することが難しい。そこで本研究では、高い空間分解能で動作中のデバイスを解析できるオペランド透過電子顕微鏡技術と、低電子線量(低ドーズ)観察技術を組み合わせて、電極と固体電解質およびその界面を電子線ダメージレスでオペランド観察するオペランド透過電子顕微鏡法を開発する。
本年度は、充放電中のチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)内部のLiイオン分布の変化を観察した。その結果、Liの挿入と脱離で空間的に非対称なLi分布を示すことが明らかとなった。この非対称なLi分布は、Li-rich相(Li7Ti5O12)とLi-poor相(Li4Ti5O12)および粒子表面のLi拡散速度の違いを反映していると考えられる。この結果は、出力や耐久性に影響を及ぼす電極材料の相転移挙動を理解する上で重要な知見である。また、負極/固体電解質界面を低ドーズで観察する手法についても検討を進め、負極界面近傍での固体電解質の還元分解反応を可視化することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、オペランド透過電子顕微鏡技術を用いて、電極材料(チタン酸リチウム負極)と電極(MXene)/固体電解質界面のLiイオン分布を可視化することに成功した。電池内部の各材料に対する観察条件が確立されつつあるため、研究は当初計画通りに進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に確立した観察手法を用いて、各種電池材料のオペランド観察を推進する。特に、界面抵抗などの電気化学特性と電子顕微鏡観察から得られる構造情報を紐づけ、電池内部の抵抗要因を視覚的に解明することを目指す。
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